基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘研究

2017-10-31 14:02:44 中國電機工程學報　點擊量：評論 (0)

基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘林湘寧，卓毅鑫，李正天，童寧，徐鋁洋，張偉，M Shoaib KhalidDOI：10 13334 j 0258-8013 pcsee 1612261項目背景采用Crowbar保護的雙饋風機已具備了一定的抗

基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘

林湘寧，卓毅鑫，李正天，童寧，徐鋁洋，張偉，M. Shoaib Khalid

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.161226

1項目背景

采用Crowbar保護的雙饋風機已具備了一定的抗電壓跌落能力，但由于低電壓穿越允許時間的有限性，在風電并網容量、滲透率逐年提高的背景下，風電場的低電壓穿越能力仍有進一步挖掘提升的空間。在一些風電場內外電壓擾動場景下，存在即便風電場內可控無功資源已耗盡，仍然無法達到電壓控制目標的可能性。

2論文所解決的問題及意義

對風電場內的雙饋風機進行相應的控制，對處于異步運行狀態的風機進行適量削減，是進一步提升風電場低電壓穿越能力的可行途徑。而目前鮮有從整個風電場層面出發，以電壓緊急調控為目標，對雙饋狀態可控無功以及處于異步狀態運行的風機無功負荷進行協調控制的研究，本文提出了一種試圖實現上述目的的風機主動控制策略。

3論文重點內容

1）風機主動控制策略適用場景分析。

對于風電場外擾動場景，目前，風電場常位于風火打捆集中送出的電力系統末端，當火電外送走廊發生永久性故障時，由于無同步電源支持，電網采取電壓調控措施使風電場電壓恢復至額定電壓所需的時間較長，有可能導致大規模風機脫網。

對于風電場內擾動場景，目前風電場升壓站低壓側主要采用單母線接線。當集電線路發生短路故障且斷路器失靈時，只能由失靈保護隔離故障點。但與此同時，若失靈保護動作時間長于非故障線路風機低電壓穿越允許時間，整個風電場也將被切除。

上述兩個場景均需要通過風機增發無功或采取風機切機措施，使風電場電壓抬升，減少風機脫網臺數，提升風電場的低電壓穿越能力。

2）風機主動控制策略的實現。

風機主動控制策略通過設置電壓調控裕度、求解電壓約束下的無功增量及切機比例可行域、以及設置多輪無功增量及切機的方式確保電壓控制目標的實現。

在正常運行時，風電場內風機處于雙饋狀態。當風電場內或系統內鄰近風電場的區域發生故障時，整個風電場內都有可能感應到低電壓的存在。由于各風機距故障點電氣距離差異，各風機機端殘壓也可能會造成部分風機Crowbar風機投入成為異步運行狀態，而Crowbar未投入的風機仍保持雙饋運行狀態。通過列寫風電場內各風機的電壓約束上下限方程，可得到實現電壓控制目標的二維平面可行域。

圖1 實現風機電壓控制目標的可行域

通過可行域可得到實現電壓目標的風電場內異步狀態風機最小切機比例及其對應的風電場內雙饋狀態風機無功增發比例。求解完成后，依據各風機電壓狀態執行切機或無功增發指令，以抬升風電場電壓。

圖2 暫態擾動期間風電場并網風機臺數對比

通過算例仿真驗證了所提策略的有效性。雖然有可能部分風機將被主動切除，但與全網多數風機因無法完成低電壓穿越而群體脫網的確定性風險相比，主動切除部分風機的代價是可以接受的。

4結論

本文基于風電場內外電壓擾動可能導致風機脫網的場景分析，提出了基于可用無功輸出與異步無功負荷削減相協調的風電場風機主動控制策略，通過列寫風機的電壓約束方程組，在二維平面上形成方程組可行域，得出可用無功輸出比例及異步風機削減比例。通過依據可用無功輸出比例調節風電場雙饋風機無功輸出，并依據異步風機削減比例犧牲部分以異步運行狀態的風機，使其余風機電壓恢復到電壓控制目標以上，從而實現風電場低電壓穿越能力的深度挖掘。

引文信息

林湘寧,卓毅鑫,李正天,等. 基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘研究[J]. 中國電機工程學報,2017,37(15):4388-4398.

Lin Xiangning, Zhuo Yixin, Li Zhengtian, et al. Study on Deeply Improving Low Voltage Ride Through Ability of Wind Farm Based on Wind Turbine Active Control Strategy[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(15):4388-4398(in Chinese).

原標題:華中科技大學林湘寧，卓毅鑫等：基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘研究